Question

18．已知CO₂可生成绿色燃料甲醇．CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0 300℃时密闭容器中，当c（CO₂）=1.00mol/L、c（H₂）=1.60mol/L开始反应，结果如图所示，回答下列问题：
（1）使用催化剂Ⅰ时，反应在10h内的平均速率v（H₂）=0.054 mol/（L•h）
（2）下列叙述正确的是A、D（填序号）
A．当容器内气体的密度不在改变时，反应不一定达到平衡
B．充入氩气增大压强有利于提高CO₂的转化率
C．CO₂平衡转化率：在上述反应条件下，催化剂Ⅱ比催化剂Ⅰ高
D．催化效率：在上述反应条件下，催化剂Ⅱ比催化剂Ⅰ高
（3）根据图中数据，利用“三段式”列式计算此反应在300℃时的平衡常数0.05 （mol/L）^-2．
（4）根据上述平衡体系升温至400℃，则K（400℃）＜K（300℃）（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）由图先计算二氧化碳的转化，根据v=$\frac{△c}{△t}$得用二氧化碳表示的反应速率，再根据速率之比=化学计量数之比，计算用氢气表示的反应速率；
（2）A、该反应两边都是气体，容器容积不变，所以密度始终不变；
B、充入稀有气体，不影响反应体系中各组分浓度，化学平衡不移动；
C、催化剂只影响反应速率，不影响化学平衡；
D、根据图示可知，在催化剂Ⅱ作用下的反应速率大于比催化剂Ⅰ作用下的反应速率；
（3）根据图中数据，利用“三段式”列式计算平衡时各组分的浓度，再根据k的概念列式带入计算；
（4）该反应为放热反应，温度升高，化学平衡向着逆向移动，化学平衡常数减小．

解答 解：（1）使用催化剂Ⅰ时，反应在10h内的二氧化碳的转化率为0.18，则二氧化碳转化了1.00mol/L×0.18=0.18mol/L，则v（H₂）=3v（CO₂）=3×$\frac{0.18mol/L}{10h}$=0.054 mol/（L•h），
故答案为：0.054 mol/（L•h）；    
（2）A、该反应前后气体的质量不变，容器的容积固定，所以混合气体的密度始终不变，故当容器内气体的密度不再改变时，反应不一定达到平衡状态，故A正确；
B、充入氩气增大压强，但是反应体系中各组分的浓度不变，化学平衡不发生移动，所以CO₂的转化率不变，故B错误；
C、催化剂不影响化学平衡，所以CO₂平衡转化率在上述反应条件下，催化剂Ⅱ与催化剂Ⅰ的转化率相等，故C错误；
D、在上述反应条件下，催化剂Ⅱ的反应速率大于催化剂Ⅰ的，说明催化剂Ⅱ比催化剂Ⅰ的催化效率高，故D正确；
故答案为：A、D；   
（3）根据图中数据，平衡时二氧化碳的转化率为0.2，则二氧化碳转化了0.2mol/L，则
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始浓度：1             1.6               0                  0
转化浓度：0.2             0.6             0.2                0.2
平衡浓度：0.8             1                0.2                0.2
化学平衡常数k=$\frac{0.2×0.2}{0.8×1^3}$=0.05 （mol/L）^-2，
故答案为：0.05 （mol/L）^-2；
（4）由于该反应为放热反应，温度增大，化学平衡向着逆向移动，反应物浓度减小，生成物浓度增大，化学平衡常数增大，故平衡常数K（400℃）＜K（300℃）．
故答案为：＜．

点评 本题考查了化学反应速率、化学平衡常数的计算、影响化学反应速率因素等知识，题目难度中等，注意掌握化学反应速率、化学平衡常数的表达式及三段式的计算．